Studio di fattibilità di un sistema di accumulo termico latente (PCMs) per integrazione con micro-CHP - approccio CFD. = Feasibility study of a latent heat thermal energy storage (PCMs) to be coupled with a micro-CHP system - CFD approach.

Date le importanti ripercussioni su tematiche di rilievo, come ad esempio il contenimento della domanda di energia primaria e la riduzione delle emissioni di gas climalteranti, la questione dell’efficienza energetica ricopre ad oggi un ruolo fondamentale. All’interno di questo contesto, riconosciuti come tecnologia energetica avanzata, i sistemi di accumulo termico hanno attratto, e continuano ad attrarre, un crescente interesse. L’obiettivo del presente lavoro è quello di studiare la fattibilità tecnica di un accumulo latente finalizzato all’integrazione con un sistema di micro-CHP a gas naturale. In particolare, la funzione dell’accumulo termico dovrà essere quella di integrare la produzione di acqua calda sanitaria, durante i periodi di massima richiesta da parte dell’utenza. Dato lo stretto legame tra la fruibilità dell’accumulo ed il comportamento dell’impianto di cogenerazione, il dimensionamento del primo è stato effettuato partendo dall’analisi delle caratteristiche operative del secondo, oltre che dell’utenza. La sfida principale legata alla progettazione degli accumuli latenti è dovuta ai bassi valori di conducibilità termica tipica di tutti i materiali a cambiamento di fase, aspetto che rende il trasferimento di potenza particolarmente complesso. Per raggiungere i tassi di scambio termico richiesti, l’approccio più promettente consiste nell’utilizzo di scambiatori di calore alettati. Questi, fornendo elevati valori della superficie di scambio termico, permettono di potenziare in maniera determinante le prestazioni del sistema. Inoltre, a causa della relativa semplicità costruttiva, la tecnologia in questione rappresenta la soluzione economicamente più competitiva. Nonostante questo, il costo degli scambiatori alettati è considerevole, in virtù principalmente del costo dei materiali metallici. La progettazione dell’accumulo termico per l’applicazione in esame ha infatti, come missione principale, l’ottimizzazione delle superfici di scambio termico. Per soluzione ottimale si intende, naturalmente, quella in grado di fornire le performance richieste utilizzando la minore quantità possibile di materiale metallico. Data la complessità dei meccanismi fisici coinvolti, l’analisi della configurazione geometrica delle alettature è stata effettuata avvalendosi di modelli di simulazione numerica. Questi, se opportunamente costruiti, permettono infatti una descrizione dettagliata del sistema e consentono di prevederne il comportamento termico. Poiché la credibilità dei risultati ottenuti dipende dal livello di fiducia nei confronti del modello numerico, questo è stato validato mediante la realizzazione, presso i laboratori della start up i-TES, di opportuni test sperimentali. Il modello numerico validato è stato infine utilizzato per simulare il comportamento dinamico dell’accumulo al variare della configurazione dello scambiatore alettato. Nello specifico, per la realizzazione delle superfici alettate sono state considerate due divere geometrie, ovvero quella radiale e quella longitudinale. Per ognuna di questa è stata ricavata la soluzione ottimale, agendo sui principali parametri costruttivi. Al termine dell’analisi, è stato possibile decretare qual è la topologia dello scambiatore che permette di minimizzare la quantità di materiale metallico richiesto. La configurazione con alettatura longitudinale è risultata essere la soluzione vincente, con una riduzione percentuale rispetto all’opzione concorrente pari addirittura al 60%.